JP2013207735A - ヘリコプター衛星通信システム、ヘリコプター搭載通信装置、地上局通信装置、通信方法、及びコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】伝送レート揺らぎを抑制し、一定品質の映像を伝送する。
【解決手段】ヘリコプター衛星通信システム１のヘリコプタ搭載通信装置２００は、送信ビームが回転翼によって遮断される時間の割合に基づいた圧縮率で映像データを符号化し、映像パケットが規定数よりも少ない場合に、ヌルパケットを挿入してパケットレートを一定にし、ヌルパケットを削除し、他のパケットに削除ヌルパケットの数を示す付加情報を付加し、バッファリング後、送信可能タイミングに通信衛星３００に向けて変調・送信する。地上通信装置１００は、ヘリコプター搭載通信装置２００から送信された信号を通信衛星３００を介して受信・復調して、パケット列を生成し、生成したパケット列に含まれている付加情報に基づいて、パケット列にヌルパケットを挿入し、パケット列をバッファリングしてパケットレートを一定にし、パケット列から映像パケットを分離・復号する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヘリコプター衛星通信システム、ヘリコプター搭載通信装置、地上局通信装置、通信方法、及びコンピュータプログラムに関する。

ヘリコプターと地上局との間において通信衛星を介して通信を行う場合、ヘリコプターから送信される信号は、その回転翼によって間欠的に遮断（瞬断）される。このため、ヘリコプター搭載用通信装置による通信は、通常の通信に比べて効率が低い。

このような問題に対処するため、特許文献１に開示されたヘリコプター搭載用通信装置は、回転翼の回転角度を検出し、検出した回転角度に基づいて、アンテナの放射範囲を回転翼が横切るタイミングと蓄積された送信データの量とに応じて、データ圧縮符号化のパラメータを変化させて、回転翼がアンテナの放射範囲を横切る期間での送信を停止する。これにより、このヘリコプター搭載用通信装置は、回転翼が通信の障害となる事態を防止している。

特開２０１１−０８３０４０号公報

ヘリコプターの姿勢あるいは地理的な位置によって、アンテナから通信衛星を見る方向は異なる。このため、アンテナから送信されるビームが回転翼により遮断（瞬断）される時間率が変化する。すなわち、回転翼が一定の周期で回っており、かつ回転翼の幅が一定とすれば、通信衛星に向かう送信ビームの方向が回転翼の根元から離れるほど、回転翼が１周する間に回転翼により遮断（瞬断）される時間率は小さくなる。

特許文献１には、このような回転翼によるビーム遮断の時間率が変化するという条件に基づく送信データの処理手法についても記載されてはいるが、遮断時間率が大きい場合には、伝送レートに揺らぎが発生し、この揺らぎが原因で画像の乱れや映像停止等の映像品質を劣化させてしまう。また、伝送レートの揺らぎを抑制するためには、遮断時間率の上限を低く設定する必要があり、この場合、ヘリコプターのフライト条件に制約が生じてしまう。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、伝送レートの揺らぎを抑制しつつし、一定品質の映像を伝送することができるヘリコプター衛星通信を提供することを目的とする。
また、この発明は、高品質の映像を伝送することができるヘリコプター衛星通信を提供することを他の目的とする。

本発明に係るヘリコプター衛星通信システムは、
前記ヘリコプター搭載通信装置は、
自装置から前記通信衛星に向けて送信する送信ビームが回転翼によって遮断される時間の割合である遮断時間率を推定する遮断時間率推定手段と、
前記遮断時間率推定手段により推定された遮断時間率に基づいて、映像符号化パラメータを選択する映像符号化パラメータ選択手段と、
前記映像符号化パラメータ選択手段により選択された映像符号化パラメータに従って映像データを符号化して映像パケットを出力する映像符号化手段と、
前記映像符号化手段から出力された映像パケットが規定数よりも少ない場合に、ヌルパケットを挿入し、伝送パケットレートを実質的に一定にするデータ選択手段と、
前記データ選択手段から出力されたパレット列中のヌルパケットを削除し、他のパケットに削除したヌルパケットの数を示す情報を付加するヌルパケット削除手段と、
前記ヌルパケット削除手段によりヌルパケットが削除されたパケットをバッファリングするバッファ手段と、
前記バッファ手段に記憶されているパケットを変調し、送信可能タイミングに前記通信衛星へ向けて送信する変調送信手段と、
を具備し、
前記地上局通信装置は、
前記ヘリコプター搭載通信装置から送信された信号を前記通信衛星を介して受信する受信手段と、
前記受信手段により受信された信号を復調して、パケット列を生成する復調手段と、
前記復調手段により再生されたパケット列に含まれている付加情報に基づいて、前記パケット列にヌルパケットを挿入し、前記付加情報を削除するヌルパケット挿入手段と、
前記ヌルパケット挿入手段によりヌルパケットが挿入された後のパケット列をバッファリングしてパケットレートを実質的に一定にするレート揺らぎ補償手段と、
前記レート揺らぎ補償手段から出力されたパケット列から映像パケットを分離するデータ分離手段と、
前記分離手段により分離された映像パケットを復号する映像復号手段と、
を具備する。

本発明によれば、遮断時間率によらず、伝送レートをほぼ一定の状態としつつ、ヌルパケット削除・挿入により情報速度を可変化することで、ヘリコプター衛星通信システムにおいてより高品質な映像伝送を行うことができる。

この発明の実施の形態に係るヘリコプター衛星通信システムの全体構成を示す構成図である。 この発明の実施の形態に係るヘリコプター搭載通信装置の構成を示すブロック図である。 （ａ）は、図２に示す映像符号化パラメータ選択回路に格納される映像符号化パラメータ設定テーブルの例を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す映像符号化パラメータを適用することによる映像符号化レートと映像フレームレートとの関係を示す図である。 図２に示すデータ選択回路に格納される選択制御テーブルの例を示す図である。 図２に示すヌルパケット削除回路の構成を示すブロック図である。 （ａ）、（ｂ）はパケットの構造を示す図、（ｃ）は、ＮＰＤを説明する図である。 （ａ）は遮断信号の例を示す図、（ｂ）は回転翼が通信路を遮断するタイミングを示す図である。 実施の形態に係る地上局通信装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態に係るヘリコプター搭載通信装置の処理を説明するためのフローチャートである。 実施の形態に係る地上局通信装置の処理を説明するためのフローチャートである。 （ａ）〜（ｅ）は、ヘリコプター衛星通信システムの、遮断時間率が小さい場合の動作を説明するための図である。 （ａ）〜（ｅ）は、ヘリコプター衛星通信システムの、遮断時間率が大きい場合の動作を説明するための図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態）
本発明の実施の形態に係るヘリコプター衛星通信システム１は、図１に示すように、地上に配置された地上局通信装置１００とヘリコプターに配置されたヘリコプター搭載通信装置２００とが通信衛星３００を介して通信を行うためのシステムである。ヘリコプター衛星通信システム１は、地上局通信装置１００から通信衛星３００を介してヘリコプター搭載通信装置２００へ送信する回線４００と、ヘリコプター搭載通信装置２００から通信衛星３００を介して地上局通信装置１００へ送信する回線５００と、を備える。

ヘリコプターの機体上部には、ヘリコプターに浮力と推進力を与えるための回転翼が設置されている。この回転翼の回転によって、ヘリコプター搭載通信装置２００と通信衛星３００との間の通信は間欠的に遮断（瞬断）される。

ヘリコプター搭載通信装置２００は、図２に示すように、撮像装置２２０に接続されており、音声符号化回路２０１と、映像符号化回路２０２と、データ選択回路２０３と、ヌルパケット削除回路２０４と、レート可変回路２０５と、変調器２０６と、送信機２０７と、アンテナ２０８とを備える。

また、ヘリコプター搭載通信装置２００は、遮断タイミング推定回路２０９と、遮断時間率推定回路２１０と、映像符号化パラメータ選択回路２１１と、をさらに備える。

撮像装置２２０は、ヘリコプター搭載通信装置２００と共にヘリコプターに搭載され、撮像処理を行い、映像データと音声データとを出力する。

音声符号化回路２０１は、撮像装置２２０から出力される音声データを圧縮符号化し、音声パケットを出力する。

映像符号化回路２０２は、映像符号化手段として機能するものであり、映像符号化パラメータ選択回路２１１が選択した映像符号化パラメータに従って、撮像装置２２０が出力した映像データを圧縮及び符号化して、映像パケットを出力する。後述するように、映像符号化パラメータ選択回路２１１は、遮断期間率が上昇するに従って、映像符号化レートと映像フレームレートとが低くなるような（圧縮率が大きくなるような）映像符号化パラメータを選択する。従って、映像符号化回路２０２は、遮断期間率が上昇するに従って、映像符号化レートと映像フレームレートとが低くなるように（圧縮率が大きくなるように）、映像データを圧縮符号化する。従って、映像符号化回路２０２の出力する映像パケットの数は、入力する映像データの量が同一とすれば、遮断期間率が上昇するに従って、少なくなる。

データ選択回路２０３は、データ選択手段として機能するものであり、音声符号化回路２０１から出力される音声パケット、映像符号化回路２０２から供給される映像パケット、所定のインデックスパケット、を順次選択して出力する。データ選択回路２０３は、さらに、遮断時間率推定回路２１０から供給される遮断時間率ＴＲに応じて、映像パケットに対して所定の割合で、ヌルパケットを選択して出力し、一定のＴＳレートのＴＳ(Transport Stream)ストリームを生成する。即ち、データ選択回路２０３は、映像パケットが単位時間あたりに規定数（遮断時間率ＴＲが最低のときに供給される映像パケットの数）よりも知少ない場合に、ヌルパケットを選択する。

例えば、データ選択回路２０３は、図４に例示するような、遮断時間率ＴＲとヌルパケットの選択率とを対応付ける選択制御テーブル２０３Ｔを格納している。この選択制御テーブル２０３Ｔは、遮断時間率ＴＲが上昇するに従って、ヌルパケットを選択する割合を増加することを定義している。例えば、この選択制御テーブル２０３Ｔは、遮断時間率ＴＲが１０％であれば、入力映像パケット数の０％、遮断時間率ＴＲが３０％であれば、入力映像パケット数の２０％、遮断時間率ＴＲが７０％であれば、入力映像パケット数の５５％のヌルパケットを選択して、遮断時間率ＴＲが９０％であれば、入力映像パケット数の７０％のヌルパケットを選択して、出力することを定めている。このようにヌルパケットを選択して出力することにより、遮断時間率ＴＲが上昇するに従って減少し、規定数に足りない映像パケットをヌルパケットで補って、ＴＳレートをほぼ一定に維持する。

ヌルパケット削除回路２０４は、ヌルパケット削除手段として機能するものであり、有効な情報を含まないヌルパケット（データ選択回路２０３が追加したヌルパケット）を削除する。
具体的には、ヌルパケット削除回路２０４は、図５に示すように、バッファ２４１と、処理部２４２と、カウンタ２４３とを備える。

バッファ２４１には、データ選択回路２０３から出力されたパケットが順次格納される。処理部２４２は、バッファ２４１に格納されているパケットがヌルパケットであるか否かを判別する。具体的には、各パケットは、図６（ａ）に示すように、ＴＳヘッダとペイロードとを有し、ＴＳヘッダは、図６（ｂ）に示す構造を有する。
処理部２４２は、各パケットの先頭に付加されたＴＳヘッダ内に含まれるＰＩＤ（Packet ID)の値をチェックし、１ＦＦＦｈｅｘであれば、ヌルパケットであり、１ＦＦＦｈｅｘ以外であれば、ヌルパケットではないと判定する。

処理部２４２は、パケットがヌルパケットであると判定したときは、バッファ２４１内のパケットを破棄し、カウンタ２４３のカウント値を＋１する。
一方、処理部２４２は、パケットがヌルパケットではないと判定したときは、図６（ｃ）に示すように、そのパケットのＴＳフレームの末にカウンタ２４３の値（＝直前まで連続していたヌルパケットの数＝ヌルパケット削除数）を示す１バイトのＮＰＤ（Ｎｕｌｌ Ｐａｃｋｅｔ Ｄｅｌｅｔｅ）を付加し、レート可変回路２０５に出力する。その後、処理部は、カウンタ２４３のカウント値を０にリセットする。

レート変換回路２０５は、バッファ手段として機能するものであり、ＦＩＦＯ（First In First Out)メモリから構成され、ヌルパケットが削除されたＴＳストリームをＦＩＦＯ方式によりバッファリングし、変調器２０６からの要求に応答して、記憶しているパケットを出力する。

変調器２０６は、変調送信手段として機能するものであり、遮断タイミング推定回路２０９から供給される遮断タイミング信号ＳＳに応答して、送信可能なタイミング（通信衛星３００の方向に向けたアンテナビームを回転翼が遮っていないタイミング）に、レート可変回路２０５にパケットの出力を要求して、バッファリングされている送信対象パケットを構成するデータを先頭から順次読み出して変調する。

送信機２０７は、変調送信手段として機能するものであり、変調後の送信信号を高周波変換し高出力増幅し、アンテナ２０８に供給する。
アンテナ２０８は、送信機２０７からの送信信号を通信衛星３００に向けて送出する。

遮断タイミング推定回路２０９は、遮断時間率推定手段の一部として機能するものであり、慣性航法データと回転翼検出信号に基いて、図７（ｂ）に示す通信衛星３００の方向に向けたアンテナビームを回転翼が遮る遮断タイミングを推定し、図７（ａ）に示すように、遮断タイミング信号ＳＳを出力する。

ここで、慣性航法データは、ヘリコプターの姿勢情報（ロール、ピッチ、ヨー角及び機首方角）並びに位置情報（航行高度、緯度・経度）等からなるヘリコプターの空間上の状態を示すデータである。また、回転翼検出信号は、回転翼がその回転軸まわりに１回転する毎に特定回転位置において検出される信号であり、例えば、回転翼あるいは回転軸（回転側）に設けられ目印（磁性材料のピンなどによる目印）を、胴体側（固定側）の特定角度に設けた検出器（磁気検出器）が検出して出力する信号である。

より具体的に説明すると、ヘリコプター搭載通信装置２００のアンテナ２０８は、通常、回転翼の下方のヘリコプター胴体部分に設置される。ヘリコプターの姿勢あるいは地理的な位置によって、アンテナ２０８から通信衛星３００を見る方向は変化し、その結果、アンテナ２０８から送信されるビームが回転翼により遮断（瞬断）されるタイミングも変化する。遮断タイミング推定回路２０９は、通信衛星３００の位置情報を予め記憶しており、供給された慣性航法データと記憶している通信衛星３００の位置情報とから、ヘリコプターのアンテナ２０８が送信する送信ビームの方向を計算する。続いて、遮断タイミング推定回路２０９は、計算した送信ビームの方向と回転翼検出信号とから、回転翼が特定角度位置（送信ビームの位置）を通過する時刻を求める。遮断タイミング推定回路２０９は、検出信号を計数して平均的な翼回転速度を計算し、計算した翼回転速度に基づいて、回転翼の角度位置の時間変化を推定する。遮断タイミング推定回路２０９は、回転翼の角度位置の時間変化とビーム方向とからビームが回転翼により遮断（瞬断）される遮断期間（瞬断時間：送信不可期間）Ｔａと次に回転翼がビームを遮断するまでの期間（送信可能期間Tｂ）を推定して、図７（ａ）に示す遮断信号ＳＳを生成する。

遮断時間率推定回路２１０は、遮断時間率推定手段の一部として機能するものであり、アンテナ２０８から通信衛星３００に向かう通信路が、回転翼が１周する間に回転翼により遮断される時間の割合を示す遮断時間率を求める。遮断時間率推定回路２１０は、遮断信号ＳＳの遮断時間Ｔａと送信可能時間Ｔｂの比率から遮断時間率ＴＲを算出する（ＴＲ＝Ｔｂ／（Ｔａ＋Ｔｂ）＊１００）。例えば、遮断時間Ｔａと送信可能時間Ｔｂの比率が１対４の場合、遮断時間率は２０％と計算される。

なお、回転翼の幅が一定の値とすれば、アンテナ２０８から通信衛星３００に向かう送信ビームが回転翼の根元から離れるほど、回転翼が１周する間に回転翼により遮断時間率ＴＲが小さくなる。

映像符号化パラメータ選択回路２１１は、映像符号化パラメータ選択手段として機能するものであり、遮断時間率推定回路２０９により求められた遮断時間率ＴＲに基づいて、映像符号化回路２０２の符号化パラメータを設定する。
原理的には、遮断時間率ＴＲと通信帯域幅とにより伝送可能な伝送ビットレートを算出することができる。この伝送ビットレートから、誤り訂正符号化による冗長分や、フレーム同期語及びプリアンブルなどの付加信号分を差し引くことにより、最大の情報速度を決定することができる。この最大の情報速度にヌルパケット削除後の情報速度（送信機２０７の出力する送信データの伝送速度）が一致するように、映像符号化パラメータ選択回路２１１で映像符号化レートや画像フレームレート等の映像符号化パラメータを設定する。
これにより、遮断率ＴＲが高くなるに従って、映像符号化回路２０２から出力される映像パケットの情報量を減らし、代わりにヌルパケットの情報量を増やすことで、データ選択回路２０３から出力されるパケットのＴＳレートをほぼ一定に保つようにする。一方で、ヌルパケット削除回路２０４でヌルパケットを削除して、レート可変回路２０５で送信データをＦＩＦＯ方式によりバッファリングし、遮断時間率ＴＲに応じて情報速度を可変する。

ヘリコプターの機首方向や姿勢、ロータ回転速度等は、刻一刻と変化する。このため、遮断時間率ＴＲは、図３（ｂ）に示すように時々刻々と変化する。このため、遮断時間率ＴＲの変化に合わせて連続的に映像符号化パラメータを変化させることは処理を高負荷としてしまう。このため、本実施の形態の映像符号化パラメータ選択回路２１１は、図３（ａ）に示すように、数種類の映像符号化パラメータをプリセットしておき、遮断時間率ＴＲに基づくしきい値判定を行って、適当なパラメータを選択し、映像符号化回路２０２にセットする。ただし、頻繁に映像符号化パラメータが変化しないように、閾値にヒステリシスを設定し、遮断時間率ＴＲが小さい値から大きい値に閾値を超えるときと、遮断時間率ＴＲが大きい値から小さい値に閾値を超えるときとでは、閾値を２〜５％程度異なるように設定することが望ましい。

次に、地上局通信装置１００の構成を図８を参照して説明する。
地上局通信装置１００は、アンテナ１０１、受信機１０２、復調器１０３、ヌルパケット挿入回路１０４、レート揺らぎ補償回路１０５、データ分離回路１０６、映像復号回路１０７、から構成される。

アンテナ１０１は、通信衛星３００からの電波を受信し、受信機１０２に出力する。
受信機１０２は、受信手段として機能するものであり、アンテナ１０１により受信した受信信号を低雑音増幅し低周波変換する。
復調機１０３は、復調手段として機能するものであり、受信機１１０２により受信した信号を復調する。

ヌルパケット挿入回路１０４は、ヌルパケット挿入手段として機能するものであり、ヘリコプター搭載通信装置２００のヌルパケット削除回路２０４で削除されたヌルパケットを挿入する。
より具体的には、ヌルパケット挿入回路１０４は、復調されたパケットのＮＰＤを参照し、そこに数値が記録されている場合には、その数だけ、ヌルパケットを生成し、そのパケットの前又は後に挿入する。

レート揺らぎ補償回路１０５は、レート揺らぎ補償手段として機能するものであり、ヌルパケット挿入後の受信パケットをＦＩＦＯ方式によりバッファリングして、レート揺らぎを平滑化し、ＴＳレートを一定にする。
データ分離回路１０６は、データ分離手段として機能するものであり、レート揺らぎ補償回路１０５から一定レートで出力されたパケットを、映像パケット、音声パケット、インデックスパケット、ヌルパケットに分割して出力する。なお、ヌルパケットは廃棄される。

映像復号回路１０７は、映像復号化手段として機能するものであり、データ分割回路１０６から出力された映像パケットに伸張処理を施し、映像データを再生し、出力する。

次に、上記構成を有するヘリコプター搭載通信装置２００と地上局通信装置１００の動作を、図９と図１０の処理フローを参照して説明する。
まず、ヘリコプター搭載通信装置２００の送信動作を説明する。なお、ヘリコプター搭載通信装置２００は、その各部が並行して動作するが、理解を容易にするため、図９に示すフローチャートを使用して説明する。

上述のように、慣性航法データと回転翼検出信号が、遮断タイミング推定回路２０９に供給される。
遮断タイミング推定回路２０９は、慣性航法データと回転翼検出信号から、図７（ｂ）に示すように、回転翼がアンテナ２０８と通信衛星３００との間の通信路を遮断するタイミングを特定し、さらに、その継続時間を計算し、図７（ａ）に示す遮断信号ＳＳを生成し、出力する（ステップＳ１）。遮断信号ＳＳがハイレベルの期間は、遮断期間Ｔａであり通信ができず、遮断信号ＳＳがローレベルの期間は、送信可能期間Ｔｂであり、通信が可能となる。

遮断時間率推定回路２１０は、供給された遮断推定信号ＳＳから、遮断時間率ＴＲを推定する。具体的には、遮断時間率推定回路２１０は、遮断信号ＳＳから、次式に基づいて、遮断時間率ＴＲを求める（ステップＳ２）。
ＴＲ＝Ｔａ／（Ｔａ＋Ｔｂ）＊１００

映像符号化パラメータ選択回路２１１は、遮断時間率推定回路２１０から供給される遮断時間率ＴＲに基づいて、図３（ａ）に示す映像符号化パラメータ設定テーブル２１１Ｔを参照し、映像符号化レートや画像フレームレート等の映像符号化パラメータを決定し、映像符号化回路２０２にセットする。（ステップＳ３）。このとき遮断時間率ＴＲが変動して符号化パラメータが頻繁に変更されないように、ヒステリシスを持たせてパラメータを切り替える。

映像符号化回路２０２は、撮像装置から供給される映像データを、設定されたパラメータで符号化する（ステップＳ４）。

一方、音声符号化回路２０１は、与えられた音声を所定の符号化レートで符号化し、音声パケットを生成して、データ選択回路２０３に供給する。

データ選択回路２０３は、供給された映像パケット、音声パケット、インデックスパケットを順次選択する。さらに、データ選択回路２０３は、遮断時間率推定回路２１０から供給される遮断時間率ＴＲと記憶している選択制御テーブル２０３Ｔとに従って、選択した映像パケットの数に対し指定された割合で、ヌルパケットを選択して出力する（ステップＳ５）。

上述したように、遮断時間率ＴＲの上昇に伴って、入力映像データが一定と仮定すれば、映像パケットの数が徐々に減少する。データ選択回路２０３は、選択制御テーブル２１１Ｔにより指定された割合で、ヌルパケットを選択して出力することにより、映像パケットの減少を補って、出力するパケットのＴＳレートを、遮断時間率ＴＲの変動によらずほぼ一定に維持する（ステップＳ６）。

ヌルパケット削除回路２０４は、データ選択回路２０３から供給されるパケットの先頭に付加されたＴＳヘッダ内に含まれるＰＩＤの値をチェックし、１ＦＦＦｈｅｘの場合はヌルパケットと判定し（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、ヌルパケットを削除する共に連続するヌルパケットの数をカウントする（ステップＳ７）。

一方、ステップＳ６で、ＰＩＤが１ＦＦＦｈｅｘ以外の場合、即ち、処理対象のパケットがヌルパケット以外の場合には、パケットの末尾にヌルパケット削除数を示すＮＰＤを付加する（ステップＳ８）。

レート可変回路２０５は、ヌルパケット削除回路２０４から供給されるＴＳストリームをＦＩＦＯ方式で蓄積する（ステップＳ９）。

変調器２０６は、遮断信号ＳＴの信号レベルに従って、送信可能期間Ｔｂであるかどうかを判定し（ステップＳ１０）、現時点が送信不可期間Ｔａに位置していれば（ステップＳ１０；Ｎｏ）、待機し、現時点が送信可能期間Ｔｂに位置していれば（ステップＳ１０；Ｙｅｓ）、レート可変回路２０４に蓄積されているデータを読み出して変調処理を行い、送信機２０７に供給する（ステップＳ１１）。

送信機２０７は、変調された送信信号を高周波変換及び増幅し、アンテナ２０８から、回転翼の間を縫って通信衛星３００に向けてバースト送信を行う（ステップＳ１２）。

こうして送信された信号は、通信衛星３００によりリピートされ、地上基地局１００に向けて送信される。

次に、こうして送信された信号を、地上局通信装置１００で受信する動作を説明する。なお、地上局通信装置１００を構成する各部は、並行して動作するが、理解を容易にするため、図１０に示すフローチャートを使用して説明する。

受信機１０２は、通信衛星３００を指向しているアンテナ１０１を介して、通信衛星３００でリピートされた信号を、バースト受信し、受信信号を復調器１０３に出力する（ステップＳ２１）。

復調器１０３は、供給された受信信号の復調処理を行い、復調した信号をヌルパケット挿入回路１０４に供給する（ステップＳ２２）。

ヌルパケット挿入回路１０４は、受信したパケットの末尾に付加されたＮＰＤをチェックし（ステップＳ２３）、ＮＰＤが０の場合（ステップＳ２３；Ｙｅｓ）、ＮＰＤを削除し（ステップＳ２４）、レート揺らぎ補償回路１０５に出力する。
一方、ＮＰＤが０以外の場合（ステップＳ２３；Ｎｏ）、ＮＰＤ分のヌルパケットを挿入し、受信パケットからＮＰＤを削除し（ステップＳ２６）、レート揺らぎ補償回路１０５に出力する。

レート揺らぎ補償回路１０５は、ヌルパケット挿入回路１０４から供給されたパケットを、ＦＩＦＯ方式で、蓄積する（ステップＳ２５）。また、レート揺らぎ補償回路１０５は、パケットレートを平滑化するため、蓄積したパケットのリタイミングを行ってデータ分離回路１０６にパケットを出力する（ステップＳ２５）。

データ分離回路１０６は、映像パケット、音声パケット、インデックスパケと、を分離し、ヌルパケットを破棄する（ステップＳ２７）。

映像復号回路１０７は、データ分離回路１０６から供給される映像パケットを復号し、映像データを出力する（ステップＳ２８）。

このような上述の動作を具体例を使って説明する。

ここでは、遮断時間率ＴＲが５％と非常に小さい場面を想定する。
映像符号化パラメータ選択回路２１１は、遮断時間率ＴＲに基づいて、図３（ａ）に示す映像符号化パラメータ設定テーブル２１１Ｔを参照し、映像符号化レートと画像フレームレートが共に高速となる映像符号化パラメータを決定し、映像符号化回路２０２にセットする。（ステップＳ３）。

映像符号化回路２０２は、撮像装置から供給される映像データを、設定されたパラメータで符号化する。ここで、所定期間に図１１（ａ）に示すように５個の映像パケットが生成されたと仮定する。

データ選択回路２０３は、映像パケット、音声パケット、インデックスパケット、ヌルパケットを選択して出力する。ただし、遮断時間率ＴＲが５％で、選択制御テーブル２０３Ｔにより、ヌルパケットの選択率は０であるので、ヌルパケとは選択されない。こうして、図１１（ｂ）に示すようなパケット列が生成されたと仮定する。

ヌルパケット削除回路２０４は、供給されたパケット列にヌルパケットが含まれていないので、図１１（ｃ）に示すように、全てのパケットの末尾にＰＮＤ＝０を付加して出力する。

レート可変回路２０５は、供給されるＴＳストリームをＦＩＦＯ方式で蓄積する（ステップＳ９）。

変調器２０６は、図１１（ｄ）、（ｅ）に模式的に示すように、遮断信号ＳＴの信号レベルに従って、送信可能期間Ｔｂであるかどうかを判定し、現時点が送信可能期間Ｔｂに位置していれば、レート可変回路２０４に蓄積されているデータを読み出して変調処理を行い、送信機２０７に供給する（ステップＳ１１）。

送信機２０７は、変調された送信信号を高周波変換及び増幅し、アンテナ２０８から、回転翼の間を縫って通信衛星３００に向けてバースト送信を行う（ステップＳ１２）。

地上局１００の受信機１０２は、通信衛星３００でリピートされた信号をバースト受信し、復調器１０３に出力する（ステップＳ２１）。

復調器１０３は、供給された受信信号の復調処理を行い、図１１（ｅ）に示す信号を復調し、ヌルパケット挿入回路１０４に供給する（ステップＳ２２）。

ヌルパケット挿入回路１０４は、受信したパケットの末尾に付加されたＮＰＤをチェックし（ステップＳ２３）、ＮＰＤが０なので（ステップＳ２３；Ｙｅｓ）、ＮＰＤを削除し（ステップＳ２４）、レート揺らぎ補償回路１０５に出力する。

レート揺らぎ補償回路１０５は、ヌルパケット挿入回路１０４から供給されたパケットを、ＦＩＦＯ方式で、蓄積する（ステップＳ２５）。レート揺らぎ補償回路１０５は、パケットレートを平滑化するため、蓄積したパケットのリタイミングを行って、図１１（ｂ）に示すように、データ分離回路１０６にパケットを出力する（ステップＳ２７）。

データ分離回路１０６は、映像パケット、音声パケット、インデックスパケも出力する（ステップＳ２７）。

映像復号回路１０７は、データ分離回路１０６から供給される図１１（ａ）に示す映像パケットを復号し、映像データを出力する（ステップＳ２８）。

次に、遮断時間率ＴＲが５０％と大きい場面の動作を図１２を参照して説明する。なお、図１１を参照して説明した例と、遮断時間率ＴＲ以外は同一の条件であるとする。

映像符号化パラメータ選択回路２１１は、遮断時間率ＴＲに基づいて、図３（ａ）に示す映像符号化パラメータ設定テーブル２１１Ｔを参照し、映像符号化レートと画像フレームレートが共に中速となる映像符号化パラメータを決定し、映像符号化回路２０２にセットする。（ステップＳ３）。

映像符号化回路２０２は、撮像装置から供給される映像データを、設定されたパラメータで符号化する。ここで、所定期間に図１２（ａ）に示すように３個の映像パケットが生成されたと仮定する。遮断時間率ＴＲの変動に伴う符号化パラメータの変化により、映像パケットが２個減少している。

データ選択回路２０３は、映像パケット、音声パケット、インデックスパケット、ヌルパケットを選択して出力する。ただし、映像パケットが規定数の５に不足して３つであるので、遮断時間率ＴＲが９０％であるので、選択制御テーブル２０３Ｔにより、ヌルパケットの選択率７０％が求められ、該当する数のヌルパケットが選択される。即ち、ここでは、３個の映像パケットに対して２個のヌルパケが選択され、規定数不足する２個が補足される。こうして、図１２（ｂ）に示すようなパケット列が生成される。このパケット列のパケットレートは、図１１（ｂ）に示した遮断時間率ＴＲが小さい時のパケットレートとほぼ同一である。

ヌルパケット削除回路２０４は、供給されたパケット列中のヌルパケットを削除すると共にヌルパケット以外のパケットに、直前に連続しているヌルパケットの数を示すＰＮＤを末尾に付加し、図１２（ｃ）に示すパケット列を出力する。
このパケット列の伝送レートは、図１１（ｃ）に示した図１１（ｂ）に示す遮断時間率ＴＲが小さい時の伝送レートよりも小さく、遮断時間率ＴＲが小さくても送信可能期間Ｔｂに送信可能である。

レート可変回路２０５は、供給されるＴＳストリームをＦＩＦＯ方式で蓄積する（ステップＳ９）。

変調器２０６は、図１２（ｄ）、（ｅ）に模式的に示すように、遮断信号ＳＴの信号レベルに従って、送信可能期間Ｔｂであるかどうかを判定し、現時点が送信可能期間Ｔｂに位置していれば、レート可変回路２０４に蓄積されているデータを読み出して変調処理を行い、送信機２０７に供給する（ステップＳ１１）。

送信機２０７は、変調された送信信号を高周波変換及び増幅し、アンテナ２０８から、回転翼の間を縫って通信衛星３００に向けてバースト送信を行う（ステップＳ１２）。

地上局１００の受信機１０２は、通信衛星３００でリピートされた信号をバースト受信し、復調器１０３に出力する（ステップＳ２１）。

復調器１０３は、供給された受信信号の復調処理を行い、図１２（ｅ）に示す信号を復調し、ヌルパケット挿入回路１０４に供給する（ステップＳ２２）。

ヌルパケット挿入回路１０４は、受信したパケットの末尾に付加されたＮＰＤをチェックし（ステップＳ２３）、ＮＰＤの値に応じたヌルパケットを挿入し、ＮＰＤを削除し（ステップＳ２４）、レート揺らぎ補償回路１０５に出力する。

レート揺らぎ補償回路１０５は、ヌルパケット挿入回路１０４から供給されたパケットを、ＦＩＦＯ方式で、蓄積する（ステップＳ２５）。レート揺らぎ補償回路１０５は、パケットレートを平滑化するため、蓄積したパケットのリタイミングを行って、図１２（ｂ）に示すように、データ分離回路１０６にパケットを出力する（ステップＳ２７）。このときの伝送レートは、図１１（ｂ）に示した遮断時間率ＴＲが小さい時の伝送レートと同一であり、遮断時間率ＴＲの変動による伝送レートの変動は小さい。

データ分離回路１０６は、映像パケット、音声パケット、インデックスパケも出力する（ステップＳ２７）。

映像復号回路１０７は、データ分離回路１０６から供給される図１２（ａ）に示す映像パケットを復号し、映像データを出力する（ステップＳ２８）。

以上説明したように、本実施の形態によれば、遮断時間率ＴＲが小さい場合には、映像符号化レートと画像フレームレート共に高速設定としてＴＳレートは一定のまま、映像パケットを増やして高画質な映像伝送を行うことができる。
一方、遮断時間率ＴＲが大きくなるに従って、映像符号化レートと画像フレームレートを段階的に低く設定として映像パケットを減らして、ヌルパケットを増やすことで、ＴＳレートを一定にしてレート揺らぎを低減し、シームレスな映像伝送を行うことができる。
これにより、遮断時間率ＴＲによらず、ＴＳレートを一定にし、データ分離回路２１で分離した映像パケットを映像復号回路２２で伸張することで、より高品質な映像伝送を行うことができる。

なお、上述の実施の形態は一例であり、種々の変更及び応用が可能である。
例えば、図２に示したヘリコプター搭載通信装置２００、図８に示した地上局通信装置１００の回路構成は適宜変更可能である。例えば、ディスクリート構成の回路の全部又は一部を、ＤＳＰ（Digital Signal Processor)とソフトで実現する等してもよい。

また、映像符号化回路２０２が使用する符号化パラメータの例として、映像符号化レートと映像フレームレートを例示したが、他の符号化パラメータを調整してもよい。

また、映像符号化パラメータ設定テーブル２１１Ｔ、選択制御テーブル２０３Ｔに設定されている数値等は適宜に変更可能である。また、データ選択回路２０３は、遮断時間率ＴＲ、選択制御テーブル２０３Ｔ等を用いず、出力パケットレートが一定となるように、映像パケットの数が規定数に足りない場合に、ヌルパケットを選択するようにしてもよい。

映像パケットのみを遮断時間率ＴＲに従って圧縮する例を示したが、音声パケットに同様の処理を施し、音声パケットが規定数に不足する場合に、ヌルパケットを追加するようにしてもよい。あるいは、映像パケットは音声データを含んでもよい。

映像パケットのみを遮断時間率ＴＲに従って圧縮する例を示したが、音声パケットに同様の処理を施し、音声パケットが規定数に不足する場合に、ヌルパケットを追加するようにしてもよい。あるいは、映像パケットは音声データを含んでもよい。その他、パケットの種類は任意である。

上記実施の形態では、遮断時間率ＴＲとして、高精度なものを使用したが、例えば、回転翼の速度等、遮断時間率ＴＲと相関のある他の指標を遮断時間率として使用することも可能である。

本実施形態のヘリコプター衛星通信システム１、地上局通信装置１００、ヘリコプター搭載通信装置２００は、専用のシステムにより実現してもよいし、通常のコンピュータシステムにより実現してもよい。例えば、上述の動作を実行するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布し、このプログラムをコンピュータにインストールして、上述の処理を実行することによってヘリコプター衛星通信システム１、地上局通信装置１００、ヘリコプター搭載通信装置２００を構成してもよい。また、インターネット等のネットワーク上のサーバ装置が備えるディスク装置に格納しておき、例えばコンピュータにダウンロード等できるようにしてもよい。また、上述の機能を、ＯＳとアプリケーションソフトとの共同により実現してもよい。この場合には、ＯＳ以外の部分のみを媒体に格納して配布してもよく、また、コンピュータにダウンロード等してもよい。

上記プログラムを記録する記録媒体としては、ＵＳＢメモリ、フレキシブルディスク、ＣＤ、ＤＶＤ、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（登録商標）、ＭＯ、ＳＤカード、メモリースティック（登録商標）、その他、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ、磁気テープ等のコンピュータ読取可能な記録媒体を使用することができる。

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。つまり、本発明の範囲は、実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。

１ ヘリコプター衛星通信システム
１００ 地上局通信装置
１０１ アンテナ
１０２ 受信機
１０３ 復調器
１０４ ヌルパケット挿入回路
１０５ レート揺らぎ補償回路
１０６ データ分離回路
１０７ 映像復号回路
２００ ヘリコプター搭載通信装置
２０１ 音声符号化回路
２０２ 映像符号化回路
２０３ データ選択回路
２０４ ヌルパケット削除回路
２０５ レート可変回路
２０６ 変調器
２０７ 送信機
２０８ アンテナ
２０９ 遮断タイミング推定回路
２１０ 遮断時間率推定回路
２１１ 映像符号化パラメータ選択回路
２２０ 撮像装置
２４１ バッファ
２４２ 処理部
２４３ カウンタ
３００ 通信衛星

Claims (9)

1. 通信衛星を介してヘリコプター搭載通信装置と地上局通信装置との間で通信を行うヘリコプター衛星通信システムであって、
   前記ヘリコプター搭載通信装置は、
   自装置から前記通信衛星に向けて送信する送信ビームが回転翼によって遮断される時間の割合である遮断時間率を推定する遮断時間率推定手段と、
   前記遮断時間率推定手段により推定された遮断時間率に基づいて、映像符号化パラメータを選択する映像符号化パラメータ選択手段と、
   前記映像符号化パラメータ選択手段により選択された映像符号化パラメータに従って映像データを符号化して映像パケットを出力する映像符号化手段と、
   前記映像符号化手段から出力された映像パケットが規定数よりも少ない場合に、ヌルパケットを挿入し、伝送パケットレートを実質的に一定にするデータ選択手段と、
   前記データ選択手段から出力されたパレット列中のヌルパケットを削除し、他のパケットに削除したヌルパケットの数を示す情報を付加するヌルパケット削除手段と、
   前記ヌルパケット削除手段によりヌルパケットが削除されたパケットをバッファリングするバッファ手段と、
   前記バッファ手段に記憶されているパケットを変調し、送信可能タイミングに前記通信衛星へ向けて送信する変調送信手段と、
   を具備し、
   前記地上局通信装置は、
   前記ヘリコプター搭載通信装置から送信された信号を前記通信衛星を介して受信する受信手段と、
   前記受信手段により受信された信号を復調して、パケット列を生成する復調手段と、
   前記復調手段により再生されたパケット列に含まれている付加情報に基づいて、前記パケット列にヌルパケットを挿入し、前記付加情報を削除するヌルパケット挿入手段と、
   前記ヌルパケット挿入手段によりヌルパケットが挿入された後のパケット列をバッファリングしてパケットレートを実質的に一定にするレート揺らぎ補償手段と、
   前記レート揺らぎ補償手段から出力されたパケット列から映像パケットを分離するデータ分離手段と、
   前記分離手段により分離された映像パケットを復号する映像復号手段と、
   を具備する、
   ヘリコプター衛星通信システム。
2. 前記映像符号化パラメータ選択手段は、遮断時間率が大きくなるに従って、圧縮率がより大きくなる映像符号化パラメータを選択し、
   前記映像符号化手段は、前記映像符号化パラメータ選択手段により選択された映像符号化パラメータに従って、遮断時間率が大きくなるに従って、より大きな圧縮率で映像データを符号化し、
   前記データ選択手段は、遮断時間率が大きくなるに従って、ヌルパケットを選択する割合を増加する、
   請求項１に記載のヘリコプター衛星通信システム。
3. 前記ヌルパケット削除手段は、ヌルパケットを削除し、ヌルパケットの前又は後のパケットに、削除したヌルパケットの数を示す情報を付加する、
   請求項１又は２に記載のヘリコプター衛星通信システム。
4. 通信衛星を介してヘリコプター搭載通信装置と地上局通信装置との間で通信を行うヘリコプター衛星通信システム用のヘリコプター搭載通信装置であって、
   自装置から前記通信衛星に向けて送信する送信ビームが回転翼によって遮断される時間の割合である遮断時間率を推定する遮断時間率推定手段と、
   前記遮断時間率推定手段により推定された遮断時間率に基づいて、映像符号化パラメータを選択する映像符号化パラメータ選択手段と、
   前記映像符号化パラメータ選択手段により選択された映像符号化パラメータに従って映像データを符号化して映像パケットを出力する映像符号化手段と、
   前記映像符号化手段から出力された映像パケットが規定数よりも少ない場合に、ヌルパケットを挿入し、伝送パケットレートを実質的に一定にするデータ選択手段と、
   前記データ選択手段から出力されたパレット列中のヌルパケットを削除し、他のパケットに削除したヌルパケットの数を示す情報を付加するヌルパケット削除手段と、
   前記ヌルパケット削除手段によりヌルパケットが削除されたパケットをバッファリングするバッファ手段と、
   前記バッファ手段に記憶されているパケットを変調し、送信可能タイミングに前記通信衛星へ向けて送信する変調送信手段と、
   具備する、ヘリコプター搭載通信装置。
5. 通信衛星を介してヘリコプター搭載通信装置と地上局通信装置との間で通信を行うヘリコプター衛星通信システム用の地上局通信装置であって、
   前記ヘリコプター搭載通信装置から送信された信号を前記通信衛星を介して受信する受信手段と、
   前記受信手段により受信された信号を復調して、パケット列を生成する復調手段と、
   前記復調手段により再生されたパケット列に含まれている付加情報に基づいて、前記パケット列にヌルパケットを挿入し、前記付加情報を削除するヌルパケット挿入手段と、
   前記ヌルパケット挿入手段によりヌルパケットが挿入された後のパケット列をバッファリングしてパケットレートを実質的に一定にするレート揺らぎ補償手段と、
   前記レート揺らぎ補償手段から出力されたパケット列から映像パケットを分離するデータ分離手段と、
   前記分離手段により分離された映像パケットを復号する映像復号手段と、
   を具備する、地上局通信装置。
6. 回転翼で遮断される通信路を介して通信を行うヘリコプター用の通信方法であって、
   通信路が回転翼によって遮断される時間の割合を推定し、
   推定した割合に基づいた圧縮率で送信対象パケットを符号化して出力し、
   送信対象パケットが規定数よりも少ない場合に、ヌルパケットを挿入し、伝送パケットレートを実質的に一定にし、
   ヌルパケットを削除して、他の伝送対象パケットに削除したヌルパケットの数を示す情報を付加し、
   ヌルパケットが削除されたパケットをバファリンした後、送信可能タイミングに送信する、
   通信方法。
7. 回転翼で遮断される通信路を介して送信されてくる信号を受信する通信方法であって、
   信号を受信し、
   受信した信号を復調して、受信パケット列を生成し、
   生成したパケット列に含まれている付加情報に基づいて、パケット列にヌルパケットを挿入し、
   付加情報を削除し、
   ヌルパケットが挿入した後のパケット列をバッファリングしてパケットレートを調整し、
   パケット列から所定のパケットを分離し、
   分離したパケットを復号する、
   通信方法。
8. 通信機能を有するコンピュータに、
   通信路が回転翼によって遮断される時間の割合を推定する処理、
   推定した割合に基づいた圧縮率で送信対象パケットを符号化して出力する処理、
   送信対象パケットが規定数よりも少ない場合に、ヌルパケットを挿入し、伝送パケットレートを実質的に一定にする処理、
   ヌルパケットを削除して、他の伝送対象パケットに削除したヌルパケットの数を示す情報を付加する処理、
   ヌルパケットが削除されたパケットをバファリンした後、送信可能タイミングに送信する処理、
   を実行させるコンピュータプログラム。
9. 通信機能を有するコンピュータに、
   回転翼で遮断される通信路を介して送信されてくる信号を受信する処理、
   受信した信号を復調して、受信パケット列を生成する処理、
   生成したパケット列に含まれている付加情報に基づいて、パケット列にヌルパケットを挿入する処理、
   付加情報を削除する処理、
   ヌルパケットが挿入した後のパケット列をバッファリングしてパケットレートを調整する処理、
   パケット列から所定のパケットを分離する処理、
   分離したパケットを復号する処理、
   を実行させるコンピュータプログラム。

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